Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWMAm Fraunhofer ITWM entwickeln wir gemeinsam mit unseren Partnern »LinTim«, eine Open-Source-Software für die ganzheitliche Planung und Optimierung des öffentlichen Verkehrs. Sie ermöglicht es, alle wichtigen Planungsschritte vom Liniennetz bis zum Verspätungsmanagement in einer gemeinsamen Umgebung durchzuführen, zu analysieren und zu bewerten.
LinTIm Bühnenbild
Mit »LinTim« untersuchen wir den öffentlichen Verkehr als Gesamtsystem. Die Open-Source-Software vereint alle wichtigen Schritte der Verkehrsplanung in einer gemeinsamen Umgebung.
© Fraunhofer ITWM
Verkehrsplanung aus einer Hand: Von der Linie bis zum Fahrplan
»LinTim – Line Planning and Timetabling«: Öffentlichen Verkehr ganzheitlich planen und optimieren
»LinTim« ist eine wissenschaftliche Softwarebibliothek für die mathematische Planung und Optimierung öffentlicher Verkehrssysteme. Das Projekt wurde 2007 von unserer heutigen Institutsleiterin Prof. Dr. Anita Schöbel an der Universität Göttingen gestartet und wird heute gemeinsam von der Aalto University, der RPTU Kaiserslautern-Landau und einem Team bei uns am Fraunhofer ITWM weiterentwickelt. Es gehen immer wieder Resultate verschiedener Forschungsprojekte und Abschlussarbeiten in die Weiterentwicklung des Pakets mit ein und seit 2018 steht »LinTim« als Open-Source-Software zur Verfügung.
Alle Planungsschritte des öffentlichen Verkehrs in einer Software
Die Planung eines Bus-, Bahn- oder Straßenbahnnetzes erfolgt in mehreren aufeinander aufbauenden Schritten. Üblicherweise werden diese einzeln betrachtet. Wir integrieren dagegen bei »LinTim« alle Planungsschritte in einer gemeinsamen Umgebung und machen ihre Wechselwirkungen sichtbar.
Ein typischer Planungsprozess beginnt zum Beispiel mit der Frage, wo Haltestellen sinnvoll platziert sind. Anschließend wird festgelegt, welche Linien verkehren, welche Wege sie nutzen und wie häufig sie fahren. Darauf aufbauend entsteht der Fahrplan mit konkreten Abfahrts- und Ankunftszeiten. Danach folgt die Umlaufplanung: Sie legt fest, welches Fahrzeug welche Strecke übernimmt und wie Fahrzeuge zwischen verschiedenen Linien wechseln. Ein weiterer wichtiger Schwerpunkt ist das Verspätungsmanagement. Hier geht es beispielsweise um die Frage, ob ein Anschlussfahrzeug auf verspätete Reisende warten sollte oder nicht. Ergänzend unterstützt »LinTim« auch die Tarifplanung, also die Entwicklung fairer und nachvollziehbarer Fahrpreise.
Wechselwirkungen zwischen Planungsschritten sichtbar machen
Entscheidungen in frühen Planungsphasen beeinflussen häufig spätere Schritte. Eine Linienführung, die auf den ersten Blick sinnvoll erscheint, kann beispielsweise die Erstellung eines robusten Fahrplans erschweren. Umgekehrt kann ein guter Fahrplan die Umlaufplanung erleichtern oder Verspätungen reduzieren. Solche Zusammenhänge macht »LinTim« sichtbar.
Nutzende können unterschiedliche Planungsansätze ausprobieren und direkt untersuchen, welche Auswirkungen sie auf das Gesamtsystem haben. Dadurch lassen sich Lösungen finden, die im klassischen, streng getrennten Planungsprozess oft verborgen bleiben. So können Liniennetze beispielsweise schon in einer frühen Phase so gestaltet werden, dass spätere Fahrpläne stabiler und widerstandsfähiger gegenüber Störungen werden.
Flexible Optimierungsmodelle für Verkehrsunternehmen und Forschung
Für jeden Planungsschritt stellt »LinTim« verschiedene mathematische Modelle und Optimierungsverfahren bereit. Das heißt man kann unterschiedliche Algorithmen auswählen und deren Ergebnisse miteinander vergleichen. Dadurch eignet sich die Software sowohl für wissenschaftliche Untersuchungen als auch zum Entwickeln und Bewerten neuer Planungsverfahren.
Darüber hinaus unterstützt »LinTim« die Analyse und Visualisierung von Ergebnissen sowie den Einsatz realitätsnaher und künstlich erzeugter Datensätze. So lassen sich neue Methoden unter reproduzierbaren Bedingungen testen und vergleichen.
Multimodale Verkehrsplanung für vernetzte Mobilität
Moderne Mobilität besteht längst nicht mehr nur aus einem Verkehrsmittel. Deshalb unterstützt »LinTim« auch die multimodale Verkehrsplanung. Dabei betrachten wir mehrere Verkehrsmittel gleichzeitig, etwa Bus, Straßenbahn, Bahn, Fahrradverkehr, Fußwege oder Ridepooling-Angebote. Das ermöglicht eine realitätsnahe Analyse von Mobilitätsketten und Umsteigevorgängen.
Darüber hinaus können wir untersuchen, wie sich die Fahrgastnachfrage auf unterschiedliche Verkehrsmittel verteilt, wie gemeinsame Infrastruktur effizient genutzt werden kann und wie neue Mobilitätsangebote in bestehende Verkehrsnetze integriert werden. Damit eröffnet »LinTim« neue Möglichkeiten für die Planung nachhaltiger und vernetzter Mobilitätssysteme.
Planung von öffentlichen Verkehrsmitteln am Beispiel Helsinki
Nachhaltige Mobilität und energieeffiziente Verkehrsplanung
Denn der öffentliche Verkehr ist ein entscheidender Baustein für nachhaltige Mobilität. Gut geplante Verkehrsangebote tragen dazu bei, Emissionen und Lärmbelastungen zu reduzieren und gleichzeitig attraktive Mobilitätsalternativen zu schaffen. Während in der Verkehrsplanung traditionell vor allem Fahrgastkomfort und Betriebskosten betrachtet werden, gewinnt zunehmend ein weiterer Aspekt an Bedeutung: der Energieverbrauch.
Mit »LinTim« können wir unterschiedliche Planungsvarianten nicht nur hinsichtlich Kosten, Reisezeiten oder Anschlusssicherheit bewerten, sondern gleichzeitig ihre Auswirkungen auf den Energiebedarf analysieren. Dadurch lassen sich Verkehrsnetze entwickeln, die sowohl wirtschaftlich als auch nachhaltig sind.
Von der Verkehrsplanung zur Energiesimulation
Ein besonderer Vorteil entsteht durch die Integration von »LinTim« in die am Fraunhofer ITWM entwickelte Softwarefamilie »VMC® – Virtual Measurement Campaign«. Dort steht die Lösung als Modul VMC® LinTim zur Verfügung. Die zugrunde liegende georeferenzierte Umgebungsdatenbank enthält unter anderem Informationen zu Straßennetzen, Topographie, Straßenqualität und Verkehrsdaten.
Durch die Verknüpfung dieser Daten mit den Optimierungsverfahren in »LinTim« können wir beispielsweise den Energiebedarf geplanter Buslinien berechnen und Energieeffizienz direkt als zusätzliches Optimierungskriterium berücksichtigen. So lassen sich unterschiedliche Liniennetz- und Fahrplankonzepte vergleichen und hinsichtlich Kosten, Reisezeit, Robustheit und Energieverbrauch bewerten.
Auf diese Weise unterstützt VMC® LinTim Verkehrsplaner:innen dabei, fundierte Entscheidungen zu treffen und die besten Lösungen für komplexe Anforderungen im öffentlichen Verkehr zu identifizieren.
Offene Plattform für Forschung und Entwicklung
Die modulare Architektur von »LinTim« erleichtert die Erweiterung um neue Algorithmen und Planungsansätze. Forschende können eigene Methoden integrieren und Ergebnisse direkt mit bestehenden Verfahren vergleichen. Schnittstellen auf Basis einfacher Datenformate ermöglichen dabei die Nutzung verschiedener Programmiersprachen. Kernfunktionen stehen unter anderem für Python und Java bereit.
Durch diesen offenen Ansatz hat sich »LinTim« zu einer Plattform entwickelt, die mathematische Forschung und praktische Fragestellungen der Verkehrsplanung miteinander verbindet.
Unsere Projektpartner:
»LinTim« wird gemeinsam von mehreren Einrichtungen entwickelt und kontinuierlich erweitert. Die Zusammenarbeit verbindet mathematische Forschung, Verkehrsplanung und Softwareentwicklung über Ländergrenzen hinweg.
Aktuell wird »LinTim« an folgenden Standorten gepflegt und weiterentwickelt:
- Aalto University, Espoo (Finnland)
- Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
- Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern
Die Projektleitung liegt bei Asst. Prof. Dr. Philine Schiewe von der Aalto University.